공기열원 히트펌프는 초저온 환경에 어떻게 대처합니까?

공기열원 히트펌프는 효율성과 환경적 이점으로 인해 시장의 주목을 받았습니다. 그러나 성능은 여러 요인에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 추운 기후에서는 이러한 펌프의 효율성이 감소하고 가열 중 성에가 형성되면 효율성과 신뢰성 모두에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기술과 디자인이 발전하여 다양한 환경에서 공기원 열펌프의 기능과 적용이 향상되었습니다.

다단계 압축 기술의 발전

가변 주파수 압축 기술은 공기열원 히트펌프의 가열 용량을 향상시키는 효과적인 방법 중 하나입니다. 저온 조건에서 압축기 속도를 높이면 배기량이 크게 증가하여 공기원 히트펌프의 가열 용량이 향상됩니다. 그러나 가변 주파수 기술은 시스템 에너지 효율을 향상시키지 않습니다. 가열능력과 저온 에너지 효율을 동시에 향상시키기 위해 다단 압축 기술이 개발되었습니다.

다단압축 공기원 히트펌프는 압축단수와 사이클 구조에 따라 캐스케이딩 사이클과 이중/다단 압축 등으로 구분할 수 있다. 낮은 주변온도에서 단일단 압축시스템의 가열능력을 향상시키기 위해, 준 2단계 압축으로 알려진 압축 과정 중에 냉매가 압축실에 직접 주입될 수 있습니다. 준2단 압축사이클은 이중단 압축의 특성을 가지므로 이 글에서는 이를 이중단 압축사이클의 범위에 포함하여 논의한다.

캐스케이드 공기 소스 히트 펌프

주변 온도가 낮기 때문에 시스템 압력 비율이 높고 압축 작업이 크고 조절 손실이 크기 때문에 궁극적으로 히트 펌프 에너지 효율이 낮아집니다. 손실을 줄이고 효율성을 향상시키기 위해 캐스케이드 공기원 히트펌프 시스템은 단일 사이클을 대체하기 위해 직렬로 두 개의 증기 압축 사이클을 사용하여 단일 스테이지 사이클의 압축비를 줄입니다.

그림에서 볼 수 있듯이 캐스케이드 시스템은 두 개의 독립적인 증기 압축 사이클로 구성됩니다. 하나는 저온 단계 사이클이고 다른 하나는 고온 단계 사이클입니다. 이 두 사이클은 저온 사이클용 응축기 및 고온 사이클용 증발기 역할도 하는 공통 중간 열교환기를 통해 연결됩니다. 겨울철에는 저온사이클이 증발기를 통해 주변 공기로부터 열을 흡수하고, 그 열을 더 높은 온도로 올려 고온사이클의 열원 역할을 합니다. 고온 사이클에서는 실내 난방에 필요한 온도까지 열이 더욱 높아집니다.

캐스케이드 공기원 히트펌프를 사용함으로써 사이클의 압축비가 크게 감소되어 전체 압축 손실과 스로틀링 손실이 감소되어 공기원 히트펌프의 에너지 효율이 향상됩니다. 또한 다양한 작업 조건에 따라 캐스케이드 사이클의 고온 및 저온 단계에서 다양한 냉매를 사용할 수 있습니다. 캐스케이드 시스템은 두 개의 간단한 단일 스테이지 시스템을 사용하여 구현할 수 있으므로 난방 및 온수 공급 분야에서 수년 동안 사용되어 왔습니다. 그러나 캐스케이드 사이클에서 중간 열 교환기의 열 교환 온도 차이는 필연적으로 특정 효율성 손실을 초래합니다. 게다가 캐스케이드 사이클에는 두 개의 압축기와 추가 열교환기가 필요하므로 단일 스테이지 사이클에 비해 비용이 더 많이 듭니다.

이중 단계 압축 공기 소스 히트 펌프의 장점

이중 단계 압축 공기 소스 열 펌프는 두 개의 냉동 사이클을 함께 연결하며 캐스케이드 시스템의 단순화된 형태로 볼 수 있습니다. 그림에 표시된 것처럼 사용된 다양한 이코노마이저에 따라 이중 단계 압축 공기 소스 히트펌프는 플래시 탱크(FT) 시스템과 중간 열 교환기(IHX) 시스템의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

플래시 탱크 시스템의 경우 실내 응축기를 떠나는 액체 냉매는 두 단계로 조절된 다음 플래시 탱크로 들어가고, 여기서 두 단계 냉매는 포화 증기와 포화 액체로 분리됩니다. 포화 증기 냉매는 저압단 압축기의 배기 냉매와 혼합된 후 고압단 압축기에 의해 다시 압축되고, 포화액은 2차 팽창 밸브에 의해 교축되어 실외 증발기로 유입되어 가스로 증발한 후 저압 단계 압축기에 들어간 후 플래시 탱크의 중압 가스와 혼합됩니다.

중간 열 교환기 시스템의 경우 응축기 출구에서 나오는 액체 냉매는 주 흐름과 분기 흐름의 두 경로로 직접 나뉩니다. 분기류 냉매는 중간 압력으로 조절되어 중간 열교환기로 들어가고, 여기서 저온 냉매는 주 흐름 냉매를 과냉각 상태로 냉각시키고, 분기류 냉매는 열을 흡수하여 포화 증기 또는 과열 상태가 되어 배기가스와 혼합됩니다. 저압 단계 압축기에서 추가 압축을 위해 고압 단계 압축기로 들어갑니다. 중간 열 교환기의 주 흐름 출구에서 나오는 과냉각 냉매는 증발기를 통해 조절되고 최종적으로 저압 단계 압축기로 돌아가 중간 ​​압력으로 압축된 후 분기 흐름 냉매와 혼합됩니다.

다용성을 위한 준이중 스테이지 압축

그림에 표시된 것처럼 준이중 단계 압축 공기 소스 열 펌프(보충 시스템이라고도 함)는 이중 단계 압축 시스템과 매우 유사합니다. 차이점은 준이중단 압축에서는 플래시 탱크나 중간 열교환기의 냉매가 두 개의 직렬 압축기 사이가 아닌 압축기의 압축실로 주입된다는 것입니다.

따라서 준이중 스테이지 히트펌프는 특별히 설계된 보충 압축기를 사용하여 두 개의 압축기를 교체함으로써 두 압축기 사이의 오일 균압 문제를 피하고 시스템 비용을 절감하는 단순화된 형태의 이중 스테이지 히트펌프로 간주될 수 있습니다. 더 중요한 것은 보충 분기의 밸브를 닫음으로써 준이중 스테이지 시스템이 단일 스테이지 사이클 모드로 유연하게 전환할 수 있어 겨울과 여름에 준이중 스테이지 히트펌프의 성능을 최적화할 수 있다는 것입니다. 이러한 이유로 최근에는 준이중단 압축 기술이 저온 히트펌프에 널리 적용되고 있다.

냉매 교체

환경 친화적이고 효율적인 냉매를 향한 움직임은 공기열원 히트펌프의 발전에 있어 중추적인 역할을 합니다. R22 및 R410A와 같은 기존 냉매는 특히 R290, R32, R744 및 R161과 같은 대체 냉매로 대체되고 있습니다. 이러한 각 냉매에는 특히 환경 영향, 효율성 및 안전 표준과 관련하여 장점과 고려 사항이 있습니다. 기술이 발전함에 따라 고급 시스템 설계와 결합된 이러한 대안의 채택은 공기열원 히트펌프의 성능과 적용성을 지속적으로 향상시킬 것입니다.

지속적인 혁신과 연구를 통해 공기열원 히트펌프는 더욱 견고하고 효율적이며 다양한 기후와 응용 분야에 적합해지고 있습니다. 고급 압축 기술의 통합과 환경 친화적인 냉매로의 전환은 이러한 진화의 핵심이며, 지속 가능하고 효율적인 난방 솔루션을 위한 길을 열어줍니다.

결론

공기열원 히트펌프는 난방 및 냉방 기술의 선두에 있으며 기존 시스템에 대한 지속 가능하고 효율적인 대안을 제공합니다. 다단계 압축 기술과 환경 친화적인 냉매의 채택을 통해 이러한 시스템은 더 나은 성능과 적응성을 제공하고 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 지속적으로 발전하고 있습니다. 지속적인 연구와 혁신을 통해 공기열원 히트펌프는 광범위한 주거 및 상업용 응용 분야에서 더욱 매력적인 옵션이 되어 지속 가능한 난방 및 냉방의 미래를 주도할 것입니다.